Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Прикажува рингишпил од три слајдови одеднаш.Користете ги копчињата Previous и Next за да се движите низ три слајдови истовремено или користете ги копчињата за лизгање на крајот за да се движите низ три слајдови истовремено.
Постоењето на метали емитирани од микробранова радијација е контроверзно бидејќи металите лесно се палат.Но, она што е интересно е дека истражувачите откриле дека феноменот на празнење на лакот нуди ветувачки пат за синтеза на наноматеријали со разделување на молекули.Оваа студија развива синтетички метод во еден чекор, но достапен, кој комбинира микробранова печка и електричен лак за претворање на суровото палмино масло во магнетен нанојаглерод (MNC), што може да се смета како нова алтернатива за производство на палмино масло.Вклучува синтеза на медиум со трајно намотана жица од не'рѓосувачки челик (диелектричен медиум) и фероцен (катализатор) под делумно инертни услови.Овој метод е успешно докажан за загревање во температурен опсег од 190,9 до 472,0°C со различни времиња на синтеза (10-20 мин).Свежо подготвени MNC покажаа сфери со просечна големина од 20,38-31,04 nm, мезопорозна структура (SBET: 14,83-151,95 m2/g) и висока содржина на фиксен јаглерод (52,79-71,24 wt.%), како и D и G ленти (ID/g) 0,98-0,99.Формирањето на нови врвови во спектарот FTIR (522,29-588,48 cm-1) сведочи за присуството на FeO соединенија во фероценот.Магнетометрите покажуваат висока сатурација на магнетизација (22,32-26,84 ему/г) во феромагнетни материјали.Употребата на МНК во третман на отпадни води е докажана со евалуација на нивниот капацитет на адсорпција со користење на тест за адсорпција на метиленско сино (MB) во различни концентрации од 5 до 20 ppm.MNCs добиени во времето на синтеза (20 мин) покажаа највисока ефикасност на адсорпција (10,36 mg/g) во споредба со другите, а стапката на отстранување на бојата MB беше 87,79%.Затоа, вредностите на Langmuir не се оптимистички во споредба со вредностите на Freundlich, при што R2 е околу 0,80, 0,98 и 0,99 за MNCs синтетизирани на 10 мин (MNC10), 15 мин (MNC15) и 20 мин (MNC20), соодветно.Следствено, системот на адсорпција е во хетерогена состојба.Затоа, микробрановиот лак нуди ветувачки метод за конвертирање на CPO во MNC, кој може да ги отстрани штетните бои.
Микробрановата радијација може да ги загрее највнатрешните делови на материјалите преку молекуларната интеракција на електромагнетните полиња.Оваа микробранова реакција е единствена по тоа што промовира брза и униформа термичка реакција.Така, можно е да се забрза процесот на загревање и да се подобрат хемиските реакции2.Во исто време, поради пократкото време на реакција, микробрановата реакција на крајот може да произведе производи со висока чистота и висок принос3,4.Поради своите неверојатни својства, микробрановата радијација олеснува интересни микробранови синтези кои се користат во многу студии, вклучувајќи хемиски реакции и синтеза на наноматеријали5,6.За време на процесот на загревање, диелектричните својства на акцепторот во медиумот играат одлучувачка улога, бидејќи тој создава жариште во медиумот, што доведува до формирање на нанојаглероди со различни морфологии и својства.Студија на Оморикомван и сор.Производство на шупливи јаглеродни нановлакна од јадра од палми со користење на активен јаглен и азот8.Дополнително, Фу и Хамид утврдија употреба на катализатор за производство на активиран јаглерод со влакна од масло од палми во микробранова печка 350 W9.Затоа, сличен пристап може да се користи за претворање на сурово палмино масло во МНК со воведување соодветни чистачи.
Забележан е интересен феномен помеѓу микробранова радијација и метали со остри рабови, точки или субмикроскопски неправилности10.Присуството на овие два објекти ќе биде под влијание на електричен лак или искра (најчесто се нарекува лак празнење)11,12.Лакот ќе промовира формирање на повеќе локализирани жаришта и ќе влијае на реакцијата, а со тоа ќе го подобри хемискиот состав на околината13.Овој посебен и интересен феномен привлече различни студии како што се отстранување на загадувачи14,15, пукање на катран од биомаса16, пиролиза со помош на микробранова печка17,18 и синтеза на материјали19,20,21.
Неодамна, нанојаглеродите како што се јаглеродните наноцевки, јаглеродните наносфери и модифицираниот редуциран графен оксид привлекоа внимание поради нивните својства.Овие нанојаглероди имаат голем потенцијал за апликации кои се движат од производство на електрична енергија до прочистување или деконтаминација на водата23.Покрај тоа, потребни се одлични својства на јаглерод, но во исто време, потребни се добри магнетни својства.Ова е многу корисно за мултифункционални апликации, вклучувајќи висока адсорпција на метални јони и бои во третман на отпадни води, магнетни модификатори во биогоривата, па дури и микробранови апсорбери со висока ефикасност24,25,26,27,28.Во исто време, овие јаглероди имаат уште една предност, вклучително и зголемување на површината на активното место на примерокот.
Во последниве години, истражувањата за магнетни нанојаглеродни материјали се во пораст.Вообичаено, овие магнетни нанојаглероди се мултифункционални материјали кои содржат магнетни материјали со нано големина кои можат да предизвикаат реакција на надворешни катализатори, како што се надворешни електростатички или наизменични магнетни полиња29.Поради нивните магнетни својства, магнетните нанојаглероди може да се комбинираат со широк спектар на активни состојки и сложени структури за имобилизација30.Во меѓувреме, магнетните нанојаглероди (MNCs) покажуваат одлична ефикасност во адсорбирањето на загадувачите од водените раствори.Покрај тоа, високата специфична површина и порите формирани во МНК може да го зголемат капацитетот за адсорпција31.Магнетните сепаратори можат да ги одделат MNC од високо реактивни раствори, претворајќи ги во остварлив и податлив сорбент32.
Неколку истражувачи покажаа дека висококвалитетните нанојаглероди може да се произведат со користење на сурово палмово масло33,34.Палминото масло, научно познато како Elais Guneensis, се смета за едно од важните масла за јадење со производство од околу 76,55 милиони тони во 2021 година35. Суровото палмино масло или CPO содржи избалансиран сооднос на незаситени масни киселини (EFAs) и заситени масни киселини (Монетарна управа на Сингапур).Повеќето јаглеводороди во CPO се триглицериди, глицерид составен од три компоненти на триглицерид ацетат и една компонента на глицерол36.Овие јаглеводороди може да се генерализираат поради нивната огромна содржина на јаглерод, што ги прави потенцијални зелени прекурсори за производство на нанојаглерод37.Според литературата, CNT37,38,39,40, јаглеродни наносфери33,41 и графен34,42,43 обично се синтетизираат со користење на сурово палмово масло или масло за јадење.Овие нанојаглероди имаат голем потенцијал во апликации кои се движат од производство на електрична енергија до прочистување или деконтаминација на водата.
Термичката синтеза како што е CVD38 или пиролиза33 стана поволен метод за распаѓање на палминото масло.За жал, високите температури во процесот ги зголемуваат трошоците за производство.Производството на претпочитаниот материјал 44 бара долги, мачни процедури и методи за чистење.Сепак, потребата за физичко одвојување и пукање е непобитна поради добрата стабилност на суровото палмино масло на високи температури45.Затоа, сè уште се потребни повисоки температури за да се претвори суровото палмино масло во јаглеродни материјали.Течниот лак може да се смета за најдобар потенцијал и нов метод за синтеза на магнетен нанојаглерод 46 .Овој пристап обезбедува директна енергија за прекурсори и решенија во високо возбудени состојби.Лачното празнење може да предизвика прекин на јаглеродните врски во суровото палмино масло.Сепак, растојанието меѓу електродите што се користи можеби ќе треба да ги исполни строгите барања, што ќе го ограничи индустрискиот обем, така што сè уште треба да се развие ефикасен метод.
Според нашите сознанија, истражувањето за празнење на лакот со користење на микробранови како метод за синтетизирање нанојаглероди е ограничено.Во исто време, употребата на сурово палмино масло како претходник не е целосно истражена.Затоа, оваа студија има за цел да ја истражи можноста за производство на магнетни нанојаглероди од прекурсори на сурово палмово масло со помош на електричен лак со помош на микробранова печка.Изобилството на палмино масло треба да се одрази во новите производи и апликации.Овој нов пристап за рафинирање на палмово масло може да помогне во зајакнувањето на економскиот сектор и да биде уште еден извор на приход за производителите на палмово масло, особено погодени насадите со палмово масло на малите фармери.Според студијата на африканските мали стопанственици од Ayompe и сор., малите стопанственици заработуваат повеќе пари само ако самите обработуваат кластери од свежо овошје и продаваат сирово палмино масло наместо да го продаваат на посредници, што е скапа и мачна работа47.Во исто време, зголемувањето на затворањето на фабриките поради СОВИД-19 влијаеше на производите за примена базирани на палмово масло.Интересно, бидејќи повеќето домаќинства имаат пристап до микробранови печки и методот предложен во оваа студија може да се смета за изводлив и достапен, производството на МНЦ може да се смета како алтернатива на малите плантажи со палмино масло.Во меѓувреме, во поголем обем, компаниите можат да инвестираат во големи реактори за производство на големи ТНЦ.
Оваа студија главно го покрива процесот на синтеза користејќи нерѓосувачки челик како диелектричен медиум за различно времетраење.Повеќето општи студии кои користат микробранови и нанојаглероди сугерираат прифатливо време на синтеза од 30 минути или повеќе33,34.Со цел да се поддржи достапна и остварлива практична идеја, оваа студија имаше за цел да добие МНК со потпросечно време на синтеза.Во исто време, студијата дава слика за технолошката подготвеност ниво 3 додека теоријата е докажана и имплементирана на лабораториски размери.Подоцна, добиените МНК се карактеризираа со нивните физички, хемиски и магнетни својства.Потоа се користеше метиленско сино за да се демонстрира капацитетот на адсорпција на добиените MNCs.
Суровото палмово масло беше добиено од мелницата Apas Balung, Sawit Kinabalu Sdn.Bhd., Tawau и се користи како јаглероден претходник за синтеза.Во овој случај, како диелектричен медиум се користеше жица од нерѓосувачки челик со дијаметар од 0,90 mm.Фероценот (чистота 99%), добиен од Сигма-Олдрич, САД, е избран како катализатор во оваа работа.Метиленско сино (Bendosen, 100 g) дополнително се користеше за експерименти за адсорпција.
Во оваа студија, микробранова печка за домаќинство (Panasonic: SAM-MG23K3513GK) беше претворена во микробранова реактор.Во горниот дел на микробрановата печка беа направени три дупки за влез и излез на гас и термоспој.Сондите за термоспој беа изолирани со керамички цевки и поставени под исти услови за секој експеримент за да се спречат несреќи.Во меѓувреме, реактор од боросиликатно стакло со капак со три дупки беше користен за сместување на примероците и душникот.Шематски дијаграм на микробранови реактор може да се наведе на дополнителна слика 1.
Со користење на сурово палмино масло како јаглероден претходник и фероцен како катализатор, се синтетизираа магнетни нанојаглероди.Околу 5% од тежината на катализаторот на фероцен беше подготвен со методот на катализатор со кашеста маса.Фероценот беше измешан со 20 ml сурово палмово масло на 60 вртежи во минута за 30 минути.Смесата потоа беше префрлена во сад од алумина, а жица од не'рѓосувачки челик долга 30 см беше навиткана и вертикално поставена во садот.Ставете го садот од алумина во стаклениот реактор и прицврстете го безбедно во микробрановата печка со затворен стаклен капак.Азот беше издуван во комората 5 минути пред почетокот на реакцијата за да се отстрани несаканиот воздух од комората.Микробрановата моќност е зголемена на 800 W бидејќи ова е максималната микробранова моќ што може да одржи добар старт на лакот.Затоа, ова може да придонесе за создавање поволни услови за синтетички реакции.Во исто време, ова е исто така широко користен опсег на моќност во вати за реакции на фузија во микробранова печка48,49.Смесата се загреваше 10, 15 или 20 минути за време на реакцијата.По завршувањето на реакцијата, реакторот и микробрановата печка беа природно ладени на собна температура.Крајниот производ во садот со алумина беше црн талог со спирални жици.
Црниот талог беше собран и измиен неколку пати наизменично со етанол, изопропанол (70%) и дестилирана вода.По миењето и чистењето, производот се суши преку ноќ на 80°C во конвенционална рерна за да се испарат несаканите нечистотии.Производот потоа беше собран за карактеризација.Примероците означени како MNC10, MNC15 и MNC20 беа користени за синтетизирање на магнетни нанојаглероди за 10 мин, 15 мин и 20 мин.
Набљудувајте ја морфологијата на MNC со електронски микроскоп за скенирање на емисии на поле или FESEM (модел на Zeiss Auriga) при зголемување од 100 до 150 kX.Во исто време, елементарниот состав беше анализиран со енергетско дисперзивна спектроскопија на Х-зраци (EDS).Анализата на EMF беше извршена на работно растојание од 2,8 mm и забрзувачки напон од 1 kV.Специфичната површина и вредностите на порите на MNC беа измерени со методот Brunauer-Emmett-Teller (BET), вклучувајќи ја изотермата на адсорпција-десорпција на N2 на 77 K. Анализата беше изведена со помош на модел метар на површина (MICROMERITIC ASAP 2020) .
Кристалноста и фазата на магнетните нанојаглероди беа одредени со дифракција на рендгенски прав или XRD (Burker D8 Advance) на λ = 0,154 nm.Дифрактограмите беа снимени помеѓу 2θ = 5 и 85° со брзина на скенирање од 2° min-1.Дополнително, хемиската структура на МНК беше испитана со помош на Фуриеова трансформативна инфрацрвена спектроскопија (FTIR).Анализата беше извршена со помош на Perkin Elmer FTIR-Spectrum 400 со брзини на скенирање кои се движат од 4000 до 400 cm-1.При проучувањето на структурните карактеристики на магнетните нанојаглероди, спектроскопијата Раман беше изведена со користење на ласер со неодимиум (532 nm) во спектроскопија U-RAMAN со цел 100X.
Вибрирачки магнетометар или VSM (Lake Shore 7400 серија) беше користен за мерење на магнетната заситеност на железен оксид во MNCs.Искористено е магнетно поле од околу 8 kOe и се добиени 200 точки.
При проучување на потенцијалот на МНК како адсорбенти во експериментите за адсорпција, беше користена катјонската боја метиленско сино (MB).MNCs (20 mg) беа додадени на 20 ml од воден раствор на метиленско сино со стандардни концентрации во опсег од 5-20 mg/L50.PH на растворот беше поставена на неутрална pH од 7 во текот на студијата.Растворот беше механички промешан на 150 вртежи во минута и 303,15 К на ротационен шејкер (Lab Companion: SI-300R).МНК потоа се одвојуваат со помош на магнет.Користете UV-видлив спектрофотометар (Varian Cary 50 UV-Vis Spectrophotometer) за да ја набљудувате концентрацијата на растворот MB пред и по експериментот за адсорпција и погледнете ја стандардната крива на метиленско сино на максимална бранова должина од 664 nm.Експериментот беше повторен три пати и беше дадена просечната вредност.Отстранувањето на MG од растворот беше пресметано со користење на општата равенка за количината на MC адсорбиран при рамнотежа qe и процентот на отстранување %.
Беа спроведени и експерименти на изотермата на адсорпција со мешање на различни концентрации (5–20 mg/l) раствори на MG и 20 mg од адсорбентот на константна температура од 293,15 K. mg за сите MNCs.
Железото и магнетниот јаглерод се опширно проучувани во последните неколку децении.Овие магнетни материјали базирани на јаглерод привлекуваат сè поголемо внимание поради нивните одлични електромагнетни својства, што доведува до различни потенцијални технолошки апликации, главно во електрични апарати и третман на вода.Во оваа студија, нанојаглеродите беа синтетизирани со пукање на јаглеводороди во сурово палмино масло со помош на празнење од микробранова печка.Синтезата беше извршена во различни периоди, од 10 до 20 мин, во фиксен однос (5:1) на прекурсорот и катализаторот, користејќи метален струен колектор (извиткан SS) и делумно инертен (непожелен воздух прочистен со азот на почеток на експериментот).Добиените јаглеродни наслаги се во форма на црн цврст прав, како што е прикажано на дополнителната слика 2а.Приносите на преципитираниот јаглерод беа приближно 5,57%, 8,21% и 11,67% при синтеза од 10 минути, 15 минути и 20 минути, соодветно.Ова сценарио сугерира дека подолгите времиња на синтеза придонесуваат за повисоки приноси51 - ниски приноси, најверојатно поради краткото време на реакција и ниската активност на катализаторот.
Во меѓувреме, графикот на температурата на синтезата наспроти времето за добиените нанојаглероди може да се наведе на дополнителната слика 2б.Највисоките температури добиени за MNC10, MNC15 и MNC20 беа 190,9°C, 434,5°C и 472°C, соодветно.За секоја крива, може да се види стрмна падина, што укажува на постојан пораст на температурата во внатрешноста на реакторот поради топлината што се создава за време на металниот лак.Ова може да се види на 0-2 мин, 0-5 мин и 0-8 мин за MNC10, MNC15 и MNC20, соодветно.Откако ќе се достигне одредена точка, наклонот продолжува да лебди до највисоката температура, а наклонот станува умерен.
За набљудување на површинската топографија на примероците MNC се користеше теренска електронска микроскопија за скенирање на емисии (FESEM).Како што е прикажано на сл.1, магнетните нанојаглероди имаат малку поинаква морфолошка структура во различно време на синтеза.Слики на FESEM MNC10 на сл.1а,б покажуваат дека формирањето на јаглеродни сфери се состои од заплеткани и прицврстени микро- и наносфери поради високата површинска напнатост.Во исто време, присуството на силите на ван дер Валс доведува до агрегација на јаглеродните сфери52.Зголемувањето на времето на синтеза резултираше со помали димензии и зголемување на бројот на сфери поради подолгите реакции на пукање.На сл.1c покажува дека MNC15 има речиси совршена сферична форма.Сепак, агрегираните сфери сè уште можат да формираат мезопори, кои подоцна можат да станат добри места за адсорпција на метиленско сино.При големо зголемување од 15.000 пати на слика 1г може да се видат повеќе јаглеродни сфери агломерирани со просечна големина од 20,38 nm.
ФЕСЕМ слики од синтетизирани нанојаглероди по 10 мин (a, b), 15 мин (c, d) и 20 мин (e–g) при 7000 и 15000 пати зголемување.
На сл.1e–g MNC20 го прикажува развојот на порите со мали сфери на површината на магнетниот јаглерод и повторно ја составува морфологијата на магнетниот активен јаглен53.Порите со различни дијаметри и ширини се случајно лоцирани на површината на магнетниот јаглерод.Затоа, ова може да објасни зошто MNC20 покажал поголема површина и волумен на порите како што е прикажано со BET анализата, бидејќи на неговата површина се формирале повеќе пори отколку во други синтетички времиња.Микрографиите направени со големо зголемување од 15.000 пати покажаа нехомогени големини на честички и неправилни форми, како што е прикажано на сл. 1g.Кога времето на раст беше зголемено на 20 минути, се формираа повеќе агломерирани сфери.
Интересно е што во истата област биле пронајдени и изопачени јаглеродни снегулки.Дијаметарот на сферите варира од 5,18 до 96,36 nm.Оваа формација може да се должи на појавата на диференцијална нуклеација, што е олеснето со висока температура и микробранови.Пресметаната големина на сферата на подготвените MNCs беше во просек 20,38 nm за MNC10, 24,80 nm за MNC15 и 31,04 nm за MNC20.Распределбата на големината на сферите е прикажана на дополнителната сл.3.
Дополнителна слика 4 ги прикажува EDS спектрите и резимето на елементарниот состав на MNC10, MNC15 и MNC20, соодветно.Според спектрите, забележано е дека секој нанојаглерод содржи различна количина на C, O и Fe.Ова се должи на различните реакции на оксидација и напукнување што се случуваат за време на дополнителното време на синтеза.Се верува дека голема количина на C доаѓа од јаглеродниот претходник, суровото палмово масло.Во меѓувреме, нискиот процент на О се должи на процесот на оксидација за време на синтезата.Во исто време, Fe се припишува на железен оксид депониран на површината на нанојаглеродот по распаѓањето на фероценот.Дополнително, дополнителната слика 5a–c го прикажува мапирањето на елементите MNC10, MNC15 и MNC20.Врз основа на фундаменталното мапирање, беше забележано дека Fe е добро распореден на површината на MNC.
Анализата на адсорпција-десорпција на азот дава информации за механизмот на адсорпција и порозната структура на материјалот.N2 адсорпционите изотерми и графиконите на површината на MNC BET се прикажани на Сл.2. Врз основа на сликите на FESEM, се очекува однесувањето на адсорпција да покаже комбинација од микропорозна и мезопорозна структура поради агрегација.Сепак, графиконот на сл. 2 покажува дека адсорбентот наликува на тип IV изотерма и тип H2 хистереза јамка на IUPAC55.Овој тип на изотерма често е сличен на оној на мезопорозните материјали.Адсорпциското однесување на мезопорите обично се определува со интеракцијата на реакциите на адсорпција-адсорпција со молекулите на кондензираната материја.Адсорпционите изотерми во облик на S или S обично се предизвикани од еднослојна-повеќеслојна адсорпција проследена со феномен во кој гасот се кондензира во течна фаза во порите при притисок под притисокот на заситеноста на волуменската течност, познат како кондензација на порите 56. Капиларната кондензација во порите се јавува при релативни притисоци (p/po) над 0,50.Во меѓувреме, сложената структура на порите покажува хистереза од типот H2, што се припишува на затнување на порите или истекување во тесен опсег на пори.
Физичките параметри на површината добиени од BET тестовите се прикажани во Табела 1. Површината на BET и вкупниот волумен на порите значително се зголемија со зголемувањето на времето на синтеза.Просечните големини на порите на MNC10, MNC15 и MNC20 се 7,2779 nm, 7,6275 nm и 7,8223 nm, соодветно.Според препораките на IUPAC, овие средни пори може да се класифицираат како мезопорозни материјали.Мезопорозната структура може да го направи метиленско синото полесно пропустливо и адсорбитивно од MNC57.Максималното време на синтеза (MNC20) покажа најголема површина, проследено со MNC15 и MNC10.Поголемата површина на BET може да ги подобри перформансите на адсорпција бидејќи се достапни повеќе места за сурфактант.
Шемите на дифракција на рендгенските зраци на синтетизираните МНК се прикажани на сл. 3. При високи температури, фероценот исто така пука и формира железен оксид.На сл.3а ја прикажува XRD шемата на MNC10.Покажува два врва на 2θ, 43,0° и 62,32°, кои се доделени на ɣ-Fe2O3 (JCPDS #39-1346).Во исто време, Fe3O4 има затегнат врв на 2θ: 35,27°.Од друга страна, во моделот на дифракција MHC15 на сл. 3б се прикажани нови врвови, кои најверојатно се поврзани со зголемување на температурата и времето на синтеза.Иако врвот 2θ: 26,202° е помалку интензивен, шемата на дифракција е конзистентна со графитната датотека JCPDS (JCPDS #75–1621), што укажува на присуство на кристали на графит во нанојаглеродот.Овој врв е отсутен во MNC10, веројатно поради ниската температура на лакот за време на синтезата.На 2θ има три временски врвови: 30,082°, 35,502°, 57,422° припишани на Fe3O4.Исто така, покажува два врва што укажуваат на присуство на ɣ-Fe2O3 на 2θ: 43,102° и 62,632°.За MNC синтетизиран за 20 мин (MNC20), како што е прикажано на Сл. 3в, слична шема на дифракција може да се забележи кај MNK15.Графичкиот врв на 26,382° може да се види и кај MNC20.Трите остри врвови прикажани на 2θ: 30,102°, 35,612°, 57,402° се за Fe3O4.Дополнително, присуството на ε-Fe2O3 е прикажано на 2θ: 42,972° и 62,61.Присуството на соединенија на железен оксид во добиените МНК може да има позитивен ефект врз способноста за адсорпција на метиленско сино во иднина.
Карактеристиките на хемиската врска во примероците MNC и CPO беа одредени од спектрите на рефлексија FTIR во дополнителната слика 6. Првично, шесте важни врвови на сурово палмино масло претставуваа четири различни хемиски компоненти како што е опишано во дополнителната табела 1. Основните врвови идентификувани во CPO се 2913,81 cm-1, 2840 cm-1 и 1463,34 cm-1, кои се однесуваат на вибрациите на истегнување на CH на алканите и другите алифатични CH2 или CH3 групи.Идентификуваните врвни шумари се 1740,85 cm-1 и 1160,83 cm-1.Врвот на 1740,85 cm-1 е C=O врска проширена со естер карбонил од триглицеридната функционална група.Во меѓувреме, врвот на 1160,83 cm-1 е отпечатокот на проширената CO58,59 естерска група.Во меѓувреме, врвот на 813,54 cm-1 е отпечатокот на групата алкани.
Затоа, некои врвови на апсорпција во суровото палмово масло исчезнаа како што се зголемуваше времето на синтеза.Врвовите на 2913,81 cm-1 и 2840 cm-1 сè уште можат да се забележат кај MNC10, но интересно е што во MNC15 и MNC20 врвовите имаат тенденција да исчезнат поради оксидација.Во меѓувреме, FTIR анализата на магнетните нанојаглероди откри новоформирани врвови на апсорпција што претставуваат пет различни функционални групи на MNC10-20.Овие врвови се исто така наведени во дополнителната табела 1. Врвот од 2325,91 cm-1 е асиметричен CH протега на CH360 алифатичната група.Врвот на 1463,34-1443,47 cm-1 покажува CH2 и CH свиткување на алифатични групи како палминото масло, но врвот почнува да се намалува со текот на времето.Врвот на 813,54-875,35 cm-1 е отпечаток на ароматичната CH-алканска група.
Во меѓувреме, врвовите на 2101,74 cm-1 и 1589,18 cm-1 претставуваат CC 61 врски што формираат C=C алкини и ароматични прстени, соодветно.Мал врв на 1695,15 cm-1 ја покажува врската C=O на слободната масна киселина од карбонилната група.Се добива од CPO карбонил и фероцен за време на синтезата.Новоформираните врвови во опсег од 539,04 до 588,48 cm-1 припаѓаат на вибрационата врска Fe-O на фероценот.Врз основа на врвовите прикажани на дополнителната слика 4, може да се види дека времето на синтеза може да намали неколку врвови и повторно да се сврзе во магнетните нанојаглероди.
Спектроскопска анализа на Рамановото расејување на магнетните нанојаглероди добиени во различни времиња на синтеза користејќи инцидентен ласер со бранова должина од 514 nm е прикажана на слика 4. Сите спектри на MNC10, MNC15 и MNC20 се состојат од две интензивни ленти поврзани со низок јаглерод sp3, најчесто пронајдени во нанографитни кристалити со дефекти во вибрационите начини на јаглеродните видови sp262.Првиот врв, лоциран во регионот 1333–1354 cm–1, ја претставува лентата D, која е неповолна за идеален графит и одговара на структурно нарушување и други нечистотии63,64.Вториот најважен врв околу 1537-1595 cm-1 произлегува од истегнување на врска во рамнина или кристални и подредени графитни форми.Сепак, врвот се помести за околу 10 cm-1 во споредба со опсегот на графит G, што покажува дека МНК имаат низок редослед на натрупување листови и неисправна структура.Релативните интензитети на бендовите D и G (ID/IG) се користат за да се оцени чистотата на кристалитите и примероците од графит.Според Раман спектроскопска анализа, сите MNCs имале ID/IG вредности во опсег од 0,98-0,99, што укажува на структурни дефекти поради хибридизација на Sp3.Оваа ситуација може да го објасни присуството на помалку интензивни 2θ врвови во спектрите XPA: 26,20° за MNK15 и 26,28° за MNK20, како што е прикажано на Сл. 4, кој е доделен на графитниот врв во датотеката JCPDS.Односите ID/IG MNC добиени во оваа работа се во опсегот на други магнетни нанојаглероди, на пример, 0,85-1,03 за хидротермалниот метод и 0,78-0,9665,66 за пиролитичкиот метод.Затоа, овој сооднос покажува дека сегашниот синтетички метод може да биде широко користен.
Магнетните карактеристики на МНК беа анализирани со помош на вибрирачки магнетометар.Добиената хистереза е прикажана на сл.5.Како по правило, МНК го стекнуваат својот магнетизам од фероценот за време на синтезата.Овие дополнителни магнетни својства може да го зголемат капацитетот на адсорпција на нанојаглеродите во иднина.Како што е прикажано на слика 5, примероците може да се идентификуваат како суперпарамагнетни материјали.Според Wahajuddin & Arora67, суперпарамагнетната состојба е дека примерокот е магнетизиран до магнетизација на сатурација (MS) кога се применува надворешно магнетно поле.Подоцна, преостанатите магнетни интеракции повеќе не се појавуваат во примероците67.Вреди да се одбележи дека магнетизацијата на заситеноста се зголемува со времето на синтеза.Интересно, MNC15 има најголема магнетна сатурација бидејќи силна магнетна формација (магнетизација) може да биде предизвикана од оптимално време на синтеза во присуство на надворешен магнет.Ова може да се должи на присуството на Fe3O4, кој има подобри магнетни својства во споредба со другите железни оксиди како што е ɣ-Fe2O.Редоследот на моментот на адсорпција на заситеност по единица маса на MNCs е MNC15>MNC10>MNC20.Добиените магнетни параметри се дадени во табела.2.
Минималната вредност на магнетната сатурација при користење на конвенционални магнети при магнетно одвојување е околу 16,3 ему g-1.Способноста на МНК да ги отстрануваат загадувачите како што се боите во водната средина и леснотијата на отстранување на МНК станаа дополнителни фактори за добиените нанојаглероди.Истражувањата покажаа дека магнетната заситеност на LSM се смета за висока.Така, сите примероци достигнаа вредности на магнетна сатурација повеќе од доволни за постапката за магнетно одвојување.
Неодамна, металните ленти или жици привлекоа внимание како катализатори или диелектрици во процесите на фузија во микробранова печка.Микробрановите реакции на металите предизвикуваат високи температури или реакции во реакторот.Оваа студија тврди дека врвот и климатизираната (завиткана) жица од не'рѓосувачки челик го олеснуваат празнењето на микробрановата печка и загревањето на металот.Нерѓосувачкиот челик има изразена грубост на врвот, што доведува до високи вредности на густината на површинскиот полнеж и надворешното електрично поле.Кога полнежот ќе добие доволно кинетичка енергија, наелектризираните честички ќе скокнат од нерѓосувачкиот челик, предизвикувајќи ја околината да се јонизира, создавајќи празнење или искра 68 .Металното празнење дава значителен придонес во реакциите на пукање на растворот придружени со жаришта на висока температура.Според температурната карта во дополнителната слика 2б, температурата брзо се зголемува, што укажува на присуство на жешки точки со висока температура покрај феноменот на силно празнење.
Во овој случај, се забележува термички ефект, бидејќи слабо врзаните електрони можат да се движат и да се концентрираат на површината и на врвот69.Кога се намотува нерѓосувачки челик, големата површина на металот во растворот помага да се предизвикаат вртложни струи на површината на материјалот и се одржува ефектот на загревање.Оваа состојба ефикасно помага да се расцепат долгите јаглеродни синџири на CPO и фероцен и фероцен.Како што е прикажано на дополнителната слика 2б, константната температурна стапка покажува дека е забележан униформен ефект на загревање во растворот.
Предложениот механизам за формирање на MNC е прикажан на дополнителна слика 7. Долгите јаглеродни синџири на CPO и фероцен почнуваат да пукаат на висока температура.Маслото се распаѓа и формира поделени јаглеводороди кои стануваат јаглеродни прекурсори познати како глобули на сликата FESEM MNC1070.Поради енергијата на околината и притисокот 71 во атмосферски услови.Во исто време, фероценот исто така пука, формирајќи катализатор од јаглеродни атоми депонирани на Fe.Потоа се случува брза нуклеација и јаглеродното јадро оксидира за да формира аморфен и графитен јаглероден слој на врвот на јадрото.Како што се зголемува времето, големината на сферата станува попрецизна и подеднаква.Во исто време, постоечките ван дер Валс сили доведуваат и до агломерација на сфери52.При редукцијата на јоните на Fe до Fe3O4 и ɣ-Fe2O3 (според анализата на фазата на Х-зраци), на површината на нанојаглеродите се формираат разни видови железни оксиди, што доведува до формирање на магнетни нанојаглероди.ЕДС мапирањето покажа дека атомите на Fe се силно распоредени на површината на MNC, како што е прикажано на дополнителните слики 5а-в.
Разликата е во тоа што во време на синтеза од 20 минути, се јавува агрегација на јаглерод.Формира поголеми пори на површината на MNCs, што сугерира дека MNCs може да се сметаат како активен јаглен, како што е прикажано на сликите FESEM на Сл. 1e–g.Оваа разлика во големината на порите може да биде поврзана со придонесот на железен оксид од фероценот.Воедно поради достигнатата висока температура има и деформирани ваги.Магнетните нанојаглероди покажуваат различни морфологии во различни времиња на синтеза.Нанојаглеродите имаат поголема веројатност да формираат сферични форми со пократко време на синтеза.Во исто време, порите и лушпите се остварливи, иако разликата во времето на синтеза е само во рок од 5 минути.
Магнетните нанојаглероди можат да ги отстранат загадувачите од водната средина.Нивната способност лесно да се отстрануваат по употребата е дополнителен фактор за користење на нанојаглеродите добиени во оваа работа како адсорбенти.Во проучувањето на својствата на адсорпција на магнетните нанојаглероди, ја истражувавме способноста на MNC да ги обезбојуваат растворите на метиленско сино (MB) на 30°C без никакво прилагодување на pH.Неколку студии заклучија дека перформансите на јаглеродните абсорбенти во температурниот опсег од 25–40 °C не играат важна улога во одредувањето на отстранувањето на MC.Иако екстремните pH вредности играат важна улога, на површинските функционални групи може да се формираат полнежи, што доведува до нарушување на интеракцијата адсорбат-адсорбент и влијае на адсорпцијата.Затоа, горенаведените услови беа избрани во оваа студија земајќи ги предвид овие ситуации и потребата за типичен третман на отпадните води.
Во оваа работа, сериски експеримент за адсорпција беше спроведен со додавање на 20 mg MNCs на 20 ml воден раствор на метиленско сино со различни стандардни почетни концентрации (5-20 ppm) во фиксно време на контакт60.Дополнителна слика 8 го прикажува статусот на различни концентрации (5-20 ppm) на растворите на метиленско сино пред и по третманот со MNC10, MNC15 и MNC20.При користење на различни MNCs, нивото на боја на решенијата MB се намали.Интересно, беше откриено дека MNC20 лесно ги обезбојува растворите на МБ во концентрација од 5 ppm.Во меѓувреме, MNC20, исто така, го намали нивото на боја на растворот MB во споредба со другите MNC.УВ видливиот спектар на MNC10-20 е прикажан на дополнителна слика 9. Во меѓувреме, брзината на отстранување и информациите за адсорпција се прикажани на Слика 9. 6 и во табелата 3, соодветно.
Силните врвови на метиленско сино може да се најдат на 664 nm и 600 nm.Како по правило, интензитетот на врвот постепено се намалува со намалување на почетната концентрација на растворот MG.Во дополнителната Сл. 9а е прикажан UV-видливиот спектр на MB раствори со различни концентрации по третманот со MNC10, што само малку го промени интензитетот на врвовите.Од друга страна, врвовите на апсорпција на MB растворите значително се намалија по третманот со MNC15 и MNC20, како што е прикажано на дополнителните слики 9b и c, соодветно.Овие промени јасно се гледаат како што се намалува концентрацијата на растворот MG.Сепак, спектралните промени постигнати од сите три магнетни јаглероди беа доволни за отстранување на метиленско сината боја.
Врз основа на Табела 3, резултатите за количината на адсорбиран MC и процентот на адсорбиран MC се прикажани на Сл. 3. 6. Адсорпцијата на MG се зголеми со употребата на повисоки почетни концентрации за сите МНК.Во меѓувреме, процентот на адсорпција или стапката на отстранување на MB (MBR) покажа спротивен тренд кога почетната концентрација се зголеми.При пониски почетни концентрации на MC, ненаселените активни места останаа на површината на адсорбентот.Како што се зголемува концентрацијата на бојата, ќе се намалува бројот на ненаселени активни места достапни за адсорпција на молекулите на бојата.Други заклучија дека под овие услови ќе се постигне сатурација на активните места на биосорбција72.
За жал за MNC10, MBR се зголеми и се намали по 10 ppm од MB раствор.Во исто време, само многу мал дел од МГ се адсорбира.Ова покажува дека 10 ppm е оптимална концентрација за MNC10 адсорпција.За сите МНК проучувани во оваа работа, редоследот на капацитетите на адсорпција беше како што следува: MNC20 > MNC15 > MNC10, просечните вредности беа 10,36 mg/g, 6,85 mg/g и 0,71 mg/g, просечната стапка на отстранување на MG изнесуваше 87, 79%, 62,26% и 5,75%.Така, MNC20 ги покажа најдобрите карактеристики на адсорпција меѓу синтетизираните магнетни нанојаглероди, земајќи го предвид капацитетот на адсорпција и видливиот спектар на УВ.Иако капацитетот на адсорпција е помал во споредба со другите магнетни нанојаглероди како што се MWCNT магнетниот композит (11,86 mg/g) и халојзит наноцевките-магнетни Fe3O4 наночестички (18,44 mg/g), оваа студија не бара дополнителна употреба на стимуланс.Хемикалии дејствуваат како катализатори.обезбедување на чисти и изводливи синтетички методи73,74.
Како што е прикажано со вредностите на SBET на MNCs, високата специфична површина обезбедува поактивни места за адсорпција на MB решението.Ова станува една од основните карактеристики на синтетичките нанојаглероди.Во исто време, поради малата големина на МНК, времето на синтеза е кратко и прифатливо, што одговара на главните квалитети на перспективните адсорбенти75.Во споредба со конвенционалните природни адсорбенти, синтетизираните MNC се магнетно заситени и лесно може да се отстранат од растворот под дејство на надворешно магнетно поле76.Така, времето потребно за целиот процес на лекување се намалува.
Адсорпционите изотерми се од суштинско значење за да се разбере процесот на адсорпција и потоа да се демонстрира како адсорпцијата се дели помеѓу течната и цврстата фаза кога ќе се постигне рамнотежа.Равенките Лангмуир и Фројндлих се користат како стандардни изотермни равенки, кои го објаснуваат механизмот на адсорпција, како што е прикажано на слика 7. Лангмуирскиот модел добро го покажува формирањето на еден адсорбатен слој на надворешната површина на адсорбентот.Изотермите најдобро се опишуваат како хомогени површини за адсорпција.Во исто време, изотермата на Фројндлих најдобро го наведува учеството на неколку адсорбентни региони и енергијата на адсорпција при притискање на адсорбатот на нехомогена површина.
Модел изотерма за Langmuir изотерма (a–c) и Freundlich изотерма (d–f) за MNC10, MNC15 и MNC20.
Адсорпционите изотерми при ниски концентрации на растворени материи обично се линеарни77.Линеарното претставување на Langmuir изотермниот модел може да се изрази во равенка.1 Определете ги параметрите за адсорпција.
KL (l/mg) е Langmuir константа што го претставува сврзувачкиот афинитет на MB за MNC.Во меѓувреме, qmax е максимален капацитет на адсорпција (mg/g), qe е адсорбирана концентрација на MC (mg/g), а Ce е рамнотежна концентрација на MC растворот.Линеарното изразување на изотермниот модел на Фројндлих може да се опише на следниов начин:
Време на објавување: Февруари 16-2023